Kestävä sanitaatio Jätevedet 11.2.2015 Kepa, Helsinki Vesa Arvonen Suomen ympäristöopisto SYKLI vesa.arvonen@sykli.fi Esityksen sisältö Vesihuollon historiaa Jätevesi Viemäröinti Jäteveden käsittely isoissa laitoksissa Jäteveden käsittely kiinteistöillä 1
VESIHUOLLON HISTORIAA Veden puute, juomaveden saastuminen ja rantavesien pilaantuminen olivat vielä ajankohtaisia ongelmia Suomen kaupungeissa 1900 luvun vaihteessa Suomen kaupunkien silloiset vesiongelmat muistuttavat nykyisten kehitysmaiden kaupunkien vesiongelmia -> sama ilmiö: kaupungistuminen 3 VESIHUOLLON HISTORIAA Tällä vuosituhannella todennäköisesti kaksi kolmesta maapallon asukkaasta asuu kaupungissa Vesihuollon tekniset vaihtoehdot ovat pysyneet periaatteessa samoina viimeiset sata vuotta kaivoja ja tunkioita seuraa vesi- ja viemäriverkosto sitten juomaveden puhdistamo vasta viimeisenä, jos silloinkaan, rakennetaan jäteveden puhdistamo 4 2
VESIHUOLLON HISTORIAA Vesihuollon mallimaita olivat Iso-Britannia, Ranska ja Saksa, joiden oli 1800 luvun puolivälissä pakko järjestää suurten kaupunkiensa vesihuolto uudelleen laajojen likaantuneen juomaveden aiheuttamien epidemioiden takia Veden likaantumisen syynä oli puuttuva jätevesihuolto Pohjoismaissa vesilaitosten perustamista vauhditti tarve tehostaa myös palontorjuntaa; Turun palo 5 VESIHUOLLON HISTORIAA Kaupunkien nopean väestönkasvun seurauksena vesi ei aina tahtonut riittää. Kuivina kesinä ja talvina jouduttiin vedenkulutusta säännöstelemään. Vesipula oli todellisuutta mm. 1920 luvun Turussa kulkutaudit olivat arkipäivää kaupungistuvassa Suomessa Kunnallisten vesilaitosten ansiosta koleran leviäminen Suomessa saatiin loppumaan, mutta muut kulkutaudit jatkoivat tuhojaan. Esimerkiksi lavantautiin vuonna 1916 sairastui yli 3000 tamperelaista, joista lähes 300 kuoli. 6 3
Jätevesi? Kotitalouksista Teollisuudesta Julkisista palveluista Koulut Sairaalat Verkostovuodot 7 Jätevesi? Kiintoainetta Orgaanista ainetta Proteiineja Hiilihydraatteja Rasvoja, öljyjä Patogeenejä Ravinteita (N, P) Raskasmetalleja (Ni, Pb, Cr, Cd) Liuenneita epäorgaanisia aineita (Ca, Na,S) Lääkeaineita ja hormonijäämiä 8 4
Jäteveden sisältöä http://www.unep.or.jp/ietc/publications/techpublications/techpub-15/3-1africa/1-1.asp Käymäläjätevesien bakteereja Salmonella / lavantauti Shigella-suvun bakteerit Escheria coli Kambylobakteerit Kolera lisääntyvät itsenäisesti 5
Käymäläjätevesien viruksia Hepatiitti A Hepatiitti E säilyvät elinkelpoisina pitkään Käymäläjätevesien alkueläimia Giardia lamblia Cryptosporidium Jäteveden määrä Suuret tulot & harva asutus 260 l/hlö/d (Lagos Metropolis (Nigeria) Keskivertotulot & keskiverto tiheys 77 l/hlö/d Köyhät & tiheään asutut alueet (700 hlö/ha) 54 l/hlö/d http://www.unep.or.jp/ietc/publications/techpublications/techpub-15/3-1africa/1-1.asp 6
Viemäröinti Toimintaperiaate Virtaavan veden avulla siirretään kiinteää tai nestemäistä jätettä paikasta toiseen Mitä nopeammin vesi virtaa, sitä suurempia partikkeleita se voi kuljettaa mukanaan Viemäröinti Cloaca Maxima (lat. Suurin viemäri) maailman vanhimpia viemärijärjestelmiä Tarinoiden mukaan se rakennettiin alun perin vuoden 600 eaa. paikkeilla Rooman alueen soiden kuivaaminen kaupungin likavesien johtaminen läheiseen Tiber-jokeen 7
Viemäröinnin edellytyksiä Jäteveden käsittely olemassa (?) Vettä on käytettävissä jätteen kuljettamiseen Maaperän olosuhteet mahdollistavat viemärin rakentamisen Viemärin rakenteessa on huomioitu mahdolliset rankkasateet / tulvat Miten jätevesiä voidaan käsitellä? Isoissa laitoksissa keskitetysti Kyläkohtaisesti keskitetysti Kiinteistökohtaisesti Mekaanisesti Kemiallisesti Biologisesti WC vedet ja pesuvedet Yhdessä erikseen 16 8
Mekaaninen käsittely Yleensä esikäsittelyä, jossa poistetaan jätevedestä hiekkaa ja muuta kiintoainetta ja rasvoja, jotka häiritsevät jatkokäsittelyä Pelkällä mekaanisella käsittelyllä saadaan erotettua isot partikkelit, hiekka ja sora sekä noin viidesosa happea kuluttavasta orgaanisesta aineksesta (yhdyskunnat: 1/3) Menetelmät Laskeutus ja selkeytys Mekaaninen suodatus 17 Laskeutus ja selkeytys Kiintoaineen poistamiseksi Perustuu maan vetovoimaan Kiinteät hiukkaset laskeutuvat selkeytystilan pohjalle ja tiivistyvät lietteeksi Vettä kevyempi lika-aine kertyy pinnalle (pintaliete) Vesi poistetaan vedenpinnan alapuolelta esim. T- haaraputkella Tärkeää on virtausnopeuden hidastaminen: mitä hitaammin vesi virtaa, sitä pienemmät hiukkaset laskeutuvat Esiselkeytys, väliselkeytys tai jälkiselkeytys riippuen prosessin vaiheesta Esim. saostussäiliö on esiselkeytysyksikkö 18 9
Mekaaninen suodatus Johdettaessa jätevettä suodatinmateriaalin läpi likahiukkaset pidättyvät mekaanisesti suodattimeen Siivilöityminen ja sedimentaatio eli laskeutuminen 19 Biologinen käsittely Perustuvat elävien organismien, mikrobien toimintaan mikrobit käyttävät jätevettä ravintonaan mikrobit tarvitsevat energiaa ja happea kasvuunsa hiiltä uuden solumassan valmistamiseen hiilen lähteenä jäteveden orgaaniset yhdisteet ravinteita, lähinnä fosforia ja typpeä mikrobit ovat bakteerien ja alkueläinten muodostama sekapopulaatio prosessiin valikoituu sellainen populaatio, joka viihtyy siinä parhaiten puhdistusta heikentävät jäteveden laatuvaihtelut sekä toksiset aineet 20 10
Bakteerien kasvukäyrä Tottumisvaihe: bakteerit mukautuvat uuteen ympäristöön Logaritmisen kasvun vaihe: Bakteerit lisääntyvät niin nopeasti kuin ravinnonottokyky antaa myöden Staattinen vaihe: Ravinto alkaa loppua Kuolemisvaihe: Ravinto on loppunut Lähde RIL 124-2 21 Biologinen käsittely Aktiivilietemenetelmä Biologinen suodatus Bioroottori 22 11
Aktiivilietemenetelmä Suuri osa asutuksen ja teollisuuden jätevesistä puhdistetaan biologisella aktiivilietemenetelmällä. Aktiiviliete sisältää sen biomassan, jossa jäteveden puhdistuksen suorittavat mikrobit elävät. Keskeisin osa ilmastusallas, johon syötetään jatkuvasti ilmaa (elinehto lietteen mikrobeille ja pitää lietteen liikkeessä). Liete erotetaan jälkiselkeytysaltaassa laskeuttamalla Laskeutettu liete pumpataan takaisin ilmastusaltaaseen (palautusliete). Osa lietteestä poistetaan prosessista (ilmastusaltaasta tai palautuslietevirrasta) ylijäämälietteenä. Kiinteistökohtaiseen käsittelyyn käytetään panospuhdistamoa eli jaksoittain toimivaa aktiivilietemenetelmää Yksi säiliö toimii yleensä ilmastusaltaana sekä selkeyttimenä. Kuva: Tuulia Innala 23 Biosuodatus ja bioroottori biofilmiprosesseissa mikrobit ovat kiinnittyneinä erilaisiin kantaja-aineisiin tai kiinteisiin pintoihin biosuodin, bioroottori biofilmi = kosteille pinnoille muodostunut limainen bakteerien ja muiden pieneliöiden muodostama kerros (esim. hampaiden, vesiputkien ja pohjakivien pinnoilla) 24 12
Biosuodatin Biologisessa suodatuksessa jätevesi johdetaan suodattimen sisään rakennetun suodatinmateriaalin läpi www.teoplast.fi 25 Bioroottori Kyyjärven kunnan jätevedenpuhdistamo, bioroottorilaitos Kuva: Tuulia Innala 26 13
Kemiallinen käsittely Kemiallisia käsittelymenetelmiä käytetään etenkin epäorgaanisten epäpuhtauksien erottamiseksi (esim. ravinteista fosfori) Kemiallinen saostus tarkoittaa prosesseja, joissa kemikaaleja lisäämällä saadaan veden liukoisista tai kolloidimuotoisista aineista muodostumaan erottumiskykyinen saostuma yhdistetään yleensä mekaanisten menetelmien, esim. laskeutuksen kanssa 27 Esim. BHK-kuorman poistuminen yhdyskuntajätevesistä mekaaninen erotus: 30 % kemiallinen saostus: 60-70 % biologinen käsittely: 85-98 % 28 14
Rakennetut kosteikot Tärkeimmät puhdistusprosessit kosteikoissa ovat kiintoaineen ja siihen sitoutuneiden ravinteiden laskeutuminen kosteikon pohjalle ravinteiden kerääntyminen kosteikon biomassaan Denitrifikaatio mikrobiologiset reaktiot Rakennetut kosteikot http://permaground.wikispaces.com/iii+-+design+methods 15
Kiinteistökohtainen jätevesien käsittely Sakokaivo Kiinteistökohtainen jätevesien käsittely Maahan imeytys Sakokaivoissa esikäsitelty jätevesi johdetaan imeytysputken avulla maahan Pinta-ala maaperän vedenjohtavuuden mukaan Kuva: Wavin-Labko 16
Kiinteistökohtainen jätevesien käsittely Maasuodatus Sakokaivoissa esikäsitelty jätevesi johdetaan imeytysputken avulla maahan Maaperän vedenjohtavuudella ei merkitystä Kuva: Wavin-Labko Yhteenveto Asutuksesta muodostuu jätevesiä Määrä ja laatu vaihtelee elintason mukaan Viemäröinti on ratkaisu / haaste Jätevedessä on kiinteää ja liuenneita epäpuhtauksia Käsittelytarve jäteveden laadun mukaan 17
Kiitos 18